JP2010534315A - Apparatus and method for providing detonation damage resistance in a duct structure - Google Patents
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Abstract
ダクト構造システムは、その内部を通って延びる流路を規定するため、互いに連結した複数のダクトパネルを有するダクトを有する。このダクトは、ダクト内の爆轟によって生じるダメージに抵抗するための構造を有する。このダメージに抵抗するための構造は、ダクトの流路を横切って延びた内側補強部材を内部に有し、ダクトの少なくとも2つの側面を互いに連結する。例えば、内側補強部材は、ダクトパネルへ取り付けられたフレームの一側から反対側のダクトパネルに取り付けられたフレームの他側へ延びた1つ或いはそれ以上の延長された部材を有する取り付けフレームを有する補強パネルにすることができる。上述した構造の代りに或いは上述した構造に加えて、ダクトは、ダメージに抵抗する構造を有することができる。この構造は、ダクトの長軸に沿って少なくとも1つの曲げられた或いは小面にされた側面をダクトに与える。 The duct structure system has a duct having a plurality of duct panels connected to each other to define a flow path extending therethrough. This duct has a structure for resisting damage caused by detonation in the duct. The structure for resisting this damage includes an inner reinforcing member that extends across the flow path of the duct, and connects at least two side surfaces of the duct to each other. For example, the inner reinforcement member has a mounting frame having one or more extended members extending from one side of the frame attached to the duct panel to the other side of the frame attached to the opposite duct panel. Can be a reinforced panel. Instead of or in addition to the structure described above, the duct can have a structure that resists damage. This structure provides the duct with at least one bent or faceted side along the long axis of the duct.
Description
発明の背景
発明の分野
この発明は、流体を流すためのダクト構造に関する。
Background of the Invention
The present invention relates to a duct structure for flowing a fluid.
背景技術の説明
高温で流体を流す際に使用されるダクト構造は、このダクト構造および/或いはこのダクト構造内に配置された他の構成部品の熱膨張に起因したストレスを受ける。さらに、いくつかの適用において、このダクト構造は、計画的に或いは偶然にダクト構造内に流れる燃料の爆轟を受ける。例えば、燃料がダクト構造内に偶然に流れ込み、且つ燃料が自動的に発火する温度を超える温度まで昇温されるような高い温度がダクト構造内にある場合、燃料はダクト構造内で爆発する。このような爆発は、ダクト構造に不可逆的な損傷を与え、爆発の際には、人に危害を加え、或いはダクト構造の近くの構造物に損傷を与える可能性がある。
2. Description of the Background Art Duct structures used in flowing fluids at high temperatures are stressed due to thermal expansion of the duct structure and / or other components disposed within the duct structure. Further, in some applications, this duct structure is subjected to detonation of fuel that flows into the duct structure, either intentionally or accidentally. For example, if there is a high temperature in the duct structure such that the fuel accidentally flows into the duct structure and is heated to a temperature above the temperature at which the fuel automatically ignites, the fuel will explode in the duct structure. Such an explosion can cause irreversible damage to the duct structure, and in the event of an explosion, can harm people or damage structures near the duct structure.
発明の要約
高温環境で適用されるダクト構造に関連した上述した問題を減少させるための努力として、本願の発明者等は、以下に説明するような、ダクト構造内に爆轟損傷耐性を与える装置および方法を発明した。
SUMMARY OF THE INVENTION In an effort to reduce the above-mentioned problems associated with duct structures applied in high temperature environments, the inventors of the present application have provided an apparatus for providing detonation damage resistance within a duct structure as described below. And invented a method.
この発明は、ダクトを通って延びる流路を規定するように互いに連結された複数のダクトパネルを有するダクトを有し、このダクトが、ダクト内の爆轟によってダクトに引き起こされるダメージに抵抗する構造を含むダクト構造システムを効果的に提供する。 The present invention has a duct having a plurality of duct panels connected together to define a flow path extending through the duct, the duct resisting damage caused to the duct by detonation in the duct A duct structure system including the above is effectively provided.
この発明の第1の実施例によると、ダクトの少なくとも2つの側面を互いにつなぐように、ダクトの流路内を横切って延びる内側補強部材を含む構造が、ダメージに抵抗するために設けられる。このような内側補強部材の一例は、1つ或いはそれ以上の延長された部材を有する取り付けフレームを含む補強パネルである。1つ或いはそれ以上の延長された部材は、ダクトパネルに取り付けられたフレームの一側から反対側のダクトパネルに取り付けられたフレームの他側へ延びている。 According to a first embodiment of the present invention, a structure including an inner reinforcing member extending across the flow path of the duct is provided to resist damage so as to connect at least two sides of the duct to each other. An example of such an inner reinforcing member is a reinforcing panel that includes a mounting frame having one or more extended members. One or more extended members extend from one side of the frame attached to the duct panel to the other side of the frame attached to the opposite duct panel.
この発明の第1の実施例の構造の代りに或いはこの構造に加えて実行可能なこの発明の第2の実施例によると、上記ダクトが、その長軸に沿った少なくとも1つの曲げられた或いは小面にされた側面をダクトに与えることを含むダメージに抵抗するための構造を有する。 According to a second embodiment of the invention, which can be carried out instead of or in addition to the structure of the first embodiment of the invention, the duct is at least one bent along its long axis or It has a structure for resisting damage including giving the duct a side face that has been faceted.
この発明のより完全な正しい認識および多くの付随した効果は、以下の詳細な説明を参照することで、特に、添付図面を参照することで明らかになる。 A more complete and correct recognition of this invention and many of its attendant advantages will become apparent by reference to the following detailed description, particularly when read with the accompanying drawings.
発明の詳細な説明
本願発明の複数の実施例は、複数の図面を参照して説明される。以下の実施例において、実質的に同じ機能および配置を有する構成要素には同じ参照番号を付し、繰り返しの説明は必要なときだけする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following examples, components having substantially the same function and arrangement are given the same reference numerals, and repeated description will be provided only when necessary.
本願の発明者等は、ダクト構造をデザインするとき、ダクト構造システムの構造上の要求と同様に、ダクト構造の製造および組み立てのためのコストのような多くの要因を考慮しなければならないことを決めている。従って、ダクト構造の構成やダクト構造に使用される材料のタイプは、材料の価格、材料の強度、ダクト構造の要求強度を満足するのに必要な材料の量、材料が使用される環境における材料の反応、材料の重量、この材料を使用したダクト構造の製造および組み立ての容易さおよび価格などの要因に基づいて選択される。しかしながら、爆轟損傷に対する耐性を与えるため比較的厚い壁を単に提供するだけでは、ダクト構造の価格および重量が増大するため一般には効果的ではない。さらに、極端な厚さのダクト構造は、不利な低い曲げ易さを有する。熱交換器や熱交換反応炉などの温度勾配が存在する高温環境での適用において、熱応力に起因した機械的な故障を防止するための強度と同様、ダクト構造が曲げ易いことが望まれる。また、発明者等は、ダクト構造に爆轟損傷耐性を与える外付けの補強部材や支持部材の使用が一般に効果的ではないことを決めている。すなわち、外付けの補強部材や支持部材がダクト構造より低い温度である場合、外付けの補強部材や支持部材のダクト構造に対する不均一な膨張によって引き起こされる熱膨張の問題が生じる。 The inventors of the present application should consider many factors, such as the cost of manufacturing and assembling the duct structure, as well as the structural requirements of the duct structure system when designing the duct structure. I have decided. Therefore, the structure of the duct structure and the type of material used for the duct structure are the price of the material, the strength of the material, the amount of material necessary to meet the required strength of the duct structure, and the material in the environment where the material is used. It is selected based on factors such as the reaction of the material, the weight of the material, the ease and cost of manufacturing and assembling the duct structure using this material. However, simply providing a relatively thick wall to provide resistance to detonation damage is generally not effective because it increases the cost and weight of the duct structure. Furthermore, extreme thickness duct structures have a disadvantageous low bendability. In applications in high temperature environments where temperature gradients exist, such as heat exchangers and heat exchange reactors, it is desirable that duct structures be easy to bend as well as strength to prevent mechanical failure due to thermal stress. The inventors have also determined that the use of an external reinforcing member or support member that provides detonation damage resistance to the duct structure is generally not effective. That is, when the temperature of the external reinforcing member or the support member is lower than that of the duct structure, there arises a problem of thermal expansion caused by uneven expansion of the external reinforcing member or the support member with respect to the duct structure.
この発明は、使用が所望される特徴なしに過度に厚い壁や外付けの補強部材を与える必要が無く、ダクト構造内で爆轟によって引き起こされる損傷を飛躍的に減少し或いは全体的に無くすための装置および方法を効果的に与える。この発明がここで説明および図示されるいくつかの好適な実施例の形態に限定されない一方で、本願発明の好適な実施例は、熱膨張によって引き起こされるストレスに耐えるための薄くて曲げ易い金属シートの壁を使用し、一方で、曲げ易く過度の熱ストレスを生じることなく実質的な熱勾配を収容可能な軽量ダクト構造を維持する。 The present invention eliminates the need for excessively thick walls or external reinforcement members without the features desired to be used, and dramatically reduces or eliminates damage caused by detonation within the duct structure. The apparatus and method are effectively provided. While this invention is not limited to the form of some preferred embodiments described and illustrated herein, the preferred embodiment of the present invention is a thin and bendable metal sheet to withstand the stresses caused by thermal expansion. While maintaining a lightweight duct structure that is easy to bend and can accommodate substantial thermal gradients without undue thermal stress.
本願発明の第1の実施例において、この発明は、内側の補強部材を提供する。この補強部材は、流路内の爆轟によって生じたダクト構造の壁に作用する外側に向かう力に抗う補強構造を提供するため、ダクト構造の流路を横切って延設されている。例えば、このような内側補強部材は、ダクト構造の壁にいかなる方法で取り付けられた第1の端部、およびダクト構造の反対側の壁にいかなる方法で取り付けられた第2の端部を有する延長された部材であっても良い。従って、流路内で爆轟が生じた場合、この延長された部材は、その長手方向に沿って爆轟からの外側へ向かう力に抗う力を与え(例えば、この延長された部材が引っ張られる)、ダクト構造の対向する壁を互いに保持し、壁に対する損傷を防止する。 In a first embodiment of the present invention, the present invention provides an inner reinforcing member. This reinforcing member extends across the duct structure flow path to provide a reinforcing structure that resists outward forces acting on the duct structure wall caused by detonation in the flow path. For example, such an inner reinforcing member has an extension having a first end attached in any way to the wall of the duct structure and a second end attached in any way to the opposite wall of the duct structure. It may be a member. Thus, when detonation occurs in the flow path, the extended member provides a force that opposes the outward force from the detonation along its length (eg, the extended member is pulled). ), Holding the opposing walls of the duct structure together to prevent damage to the walls.
この発明の内側補強部材は、いくつもの形状をとることができ、いくつもの異なる方法でダクト構造へ取り付けでき、その好適な実施例については、以下に説明する。例えば、この内側補強部材は、補強パネルとして提供できる。この補強パネルは、外側取り付けフレーム、およびこのフレームを通る開口を横切る1以上の方向に延びた1つ或いはそれ以上の延長された部材(例えば、平行或いは非平行な配置で延長された複数の部材、直交する配置或いは直交しない配置でクロスする(或いはグリッド、或いはネット)パターンで延長された複数の部材など)を有する。この内側補強部材は、ダクト構造の流路内で複数枚のバッフル板に接続され或いは一体にされた延長された部材(例えば、図4参照)とすることができる。この内側補強部材は、ダクト構造内の爆轟が生じる位置に好適に配置され、ダクト構造の弱い部分に作用する力に抵抗を与えるようにダクト構造内で方向付けされる(例えば、1つ或いはそれ以上の延長された部材が、ダクト構造の弱い外側パネルやジョイントと反対側の外側パネルやジョイントとの間に取り付け可能であり、これら弱い外側パネルやジョイントに作用する爆轟からの外側に向かう力に抵抗する。)。また、この内側補強部材は、好ましくは、ダクト構造の流路を通って流れる流体の流れを大きく妨げることはない。 The inner reinforcing member of the present invention can take any number of shapes and can be attached to the duct structure in a number of different ways, preferred embodiments of which are described below. For example, the inner reinforcing member can be provided as a reinforcing panel. The reinforcing panel includes an outer mounting frame and one or more extended members extending in one or more directions across the opening through the frame (eg, a plurality of members extended in a parallel or non-parallel arrangement). A plurality of members extending in a cross (or grid or net) pattern in an orthogonal arrangement or a non-orthogonal arrangement. The inner reinforcing member may be an extended member (see, for example, FIG. 4) connected to or integrated with a plurality of baffle plates in the duct structure flow path. This inner reinforcement member is preferably placed at a location where detonation occurs within the duct structure and is oriented within the duct structure to provide resistance to forces acting on weak portions of the duct structure (e.g., one or More extended members can be mounted between the weak outer panel or joint of the duct structure and the outer panel or joint on the opposite side, and outward from the detonator acting on these weak outer panels or joints Resists force.). Also, the inner reinforcing member preferably does not greatly hinder the flow of fluid flowing through the duct structure flow path.
図1(a)は、ダクト構造に対する爆轟損傷に抵抗するようにダクト構造内で使用するこの発明に係る補強パネルの平面図を示し、図1(b)および(c)は、それぞれ、この補強パネルの側面図、および縮小した斜視図を示す。この実施例において、上記内側補強部材は、ステンレス鋼やニッケル超合金シートのような平らな金属シートから形成された補強パネル10の形態で提供される。この補強パネル10は、フレーム12の中央部を通って延びた開口部13を伴う取り付け部分(すなわち外側取り付けフレーム)12を有する。このフレーム12は、その外辺部に沿って4つの側部14〜17を有する。
FIG. 1 (a) shows a plan view of a reinforcing panel according to the present invention used in a duct structure to resist detonation damage to the duct structure, and FIGS. 1 (b) and (c) are respectively The side view of a reinforcement panel and the reduced perspective view are shown. In this embodiment, the inner reinforcing member is provided in the form of a reinforcing
この実施例において、側部14〜17のそれぞれは、ダクトパネルの近接した部位の間のジョイントでダクトパネルの近接した部位の間にクランプされて挟まれて、ダクトパネルへ取り付けられる。これら複数の側部14〜17は、例えば、フレーム12の外辺部に設けられた複数の取付孔18を用いて、例えば、これら取付孔とダクトパネルの一致する取付孔を通るボルトとナットによる固定具を与えることで、ダクトパネルへ取り付け可能である。さらに或いは代りに、フレーム12とダクトパネルの近接したエッジを互いに溶接することもでき、両者の間にさらなる構造的な接続を与える。フレーム12の上述した取り付けの代りに、フレーム12は、例えば、溶接或いは他の取り付け構造或いは方法によって、流路に沿ったいかなる位置でもダクト構造の内面に直接的に取り付けでき、連結部分へ或いは連結部分に近接して設けることができ、或いは流路の長手方向に沿ったいかなる他の位置でも設けることができる。
In this embodiment, each of the
図1(a)から図1(c)に示された補強パネル10において、複数の延長された部材(すなわち、フィンガー)20が、フレーム12を通る開口13を横切って互いに平行に延び、流体が流れる複数の開口22が、複数の延長された部材20の間に規定されている。また、図1(a)から図1(c)に示した実施例において、流体が流れる延長された2つの開口24が、側部16、17に近接した端部の延長された部材の間に設けられている。この実施例において、複数の延長された部材20は、それぞれ、ベース部として機能する側部14に一体に接続された第1の端部、およびベース部として機能するとともに側部14の反対側に設けられた側部15に一体に接続された第2の端部を有する。これら複数の延長された部材20の数および形状は、流路内の取り付け位置で爆轟力に抵抗するのに必要とされた要求強度と、これら延長された部材によって引き起こされる流体の流れに対する妨害の観点からその取り付け位置で流路を流れる流体の要求される流量と、の間のバランスに依存する。
In the reinforcing
上述した内側補強部材の多くの異なる形状が可能である。例えば、この内側補強部材は、1つ或いはそれ以上の延長された部材20の多くの異なる形状を含むように構成可能である。これら複数の延長された部材20は、開口全体を横切って設けることができ、開口の一部だけ横切って設けることができ、均一に互いに離間して設けることができ、均一に離間したまたは不均一に離間した延長された部材の組み合わせを含むことができたりする。さらに、これら複数の延長された部材20は、同じ形、同じ断面、および同じサイズで提供でき、異なる形、異なる断面、および異なるサイズで提供でき、或いはそれらのいかなる組み合わせでも提供できる。これら複数の延長された部材20は、同じ材料、すなわち同じ材料特性で形成でき、或いは異なる材料、すなわち異なる材料特性で形成できる。また、これら延長された部材は、図1(a)から図1(c)の延長された部材20と異なり、開口を横切って1或いはそれ以上の異なる方向に延びて設けることもでき、例えば、直交する配置或いは直交しない配置のクロス(或いはグリッド、或いはネット)パターンで、追加の延長された部材の平行および/或いは非平行な配置が可能である。
Many different shapes of the inner reinforcing member described above are possible. For example, the inner reinforcement member can be configured to include many different shapes of one or more
補強パネル10は、好ましくは、ダクト構造内の爆轟が起る危険性のある箇所へ取り付けられる。また、補強パネル10は、好ましくは、その取り付け位置でダクト構造の弱い部位に作用する爆轟力に抵抗を与える向きでダクト構造内に取り付けられる。例えば、図1(a)から図1(c)に示した補強パネル10は、好ましくは、側部14および/或いは側部15がダクト構造の弱い部分に取り付けられるように、ダクト構造内で向きを決められて取り付けられ、側部14、15の間を延びた複数の延長された部材20が、上記弱い部分に作用する爆轟力に対する抵抗力を提供できる。
The reinforcing
図2は、この発明のダクト構造システム30の斜視図を示す。このシステム30は、爆轟の危険があるダクト構造の流路内の種々の箇所に設けられたいくつかの異なる補強パネル60、70、80、90を有する。この場合、このダクト構造は、蒸気発生器に使用される。図2に示されたダクト構造のいくつかのフロントパネルは、ダクト構造の内部に設けられた複数の補強パネルを露出するために取り外されている。
FIG. 2 shows a perspective view of the
図2に示されたダクト構造システム30は、例えば、炭化水素蒸気改質装置や他の装置からの熱い排出ガスを受け入れる入口36を有する。この熱い排出ガスは、入口36を介して上方に流れることによってダクト構造システム30内に流入し、ダクト部分38(補強パネル60および70を露出するため、そのフロントダクトパネルを取り除いた状態を示す)内の流路へ受け入れられる。そして、このガスは、流路に沿って水平方向に移動してダクト部分40へ流れ、ここでガスの流れが下方に曲って、入口マニホルド42と出口マニホルド44との間の分離チューブ側の流れを有する蒸発器のシェル側を移動する。そして、このガスは、ダクト部分40からダクト部分46(補強パネル80を露出するため、フロントダクトパネルを取り除いた状態を示す)に向けて下方に移動し、そこで水平方向に曲げられてダクト部分48へ流れ、そこで上方に曲げられてダクト部分50(補強パネル90を露出するため、フロントダクトパネルを取り除いた状態を示す)およびエコノマイザー部分52を通して出口54に向けて流れ、そこでダクト構造システム30から排出される。
The
上記ダクト構造システム30のダクト構造は、異なる形状およびサイズの複数枚のダクトパネル32を用いて組み立てられている。これら複数枚のダクトパネル32は、隣接するパネル同士を互いに接続するため、一般的に、折り曲げられた端辺34を有する金属シート板から形成されている。例えば、これら複数枚のパネルの端辺34は、当該端辺に形成された取付孔に通すボルトおよびナットを含む固定具を用いて接続され、或いは近接する2枚のパネルそれぞれの隣接する端辺を互いに溶接することによって接続される。本願発明のこの実施例は、熱膨張によって引き起こされるストレスに耐える薄くて曲げ易い壁を提供し、効果的には軽量なダクト構造物を提供するダクトパネル32を使用する。しかし、ダクト構造の特定の部位は、流路内のガスに含まれる燃料の爆轟の危険に晒される可能性があり、それゆえ、ダクト構造のこれらの部位は、このような爆轟によって生じるダクト構造への不可逆的な機械的な損傷(ダメージ)を受け易い。従って、ダクト構造内におけるこのような爆轟によって生じる損傷を大幅に減少させ或いは全体的に無くすため、図2に示すダクト構造システム30は、ダクト構造内に取り付けたいくつかの補強パネル60、70、80、および90を有する。これら補強パネルは、爆轟の危険がある位置でダクト構造の弱い部分に作用する爆轟力に対する抵抗を与える向きで取り付けられている。
The duct structure of the
補強パネル60は、フレーム62を通る開口64を伴う取り付け部分(すなわち、外側取り付けフレーム)62を有する。複数の取付孔66は、フレーム62の外辺部に沿って設けられ、ボルトおよびナットによる固定具を用いてフレーム62が隣接するダクトパネルに取り付けられる。複数の延長された部材68は、開口64を横切って互いに平行に延びている。このパネル60は、複数の延長された部材68が、例えば、その内部で爆轟の危険を有するダクト部分38のパネル37(および/或いはダクト部分38に隣接した他のパネル)に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数の延長された部材68の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
The reinforcing
補強パネル70は、開口74、複数の取付孔76、および複数の延長された部材78を伴う取り付け部分(すなわち、外側取り付けフレーム)72を有する。このパネル70は、複数の延長された部材78が、例えば、その内部で爆轟の危険を有するダクト部分38のパネル39(および/或いはダクト部分38に隣接した他のパネル)に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数の延長された部材78の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
The reinforcing
補強部材80は、開口84、複数の取付孔86、および複数の延長された部材88を伴う取り付け部分(すなわち、外側取り付けフレーム)82を有する。このパネル80は、複数の延長された部材88が、例えば、ダクト部分46のパネル47および/或いはダクト部分48のパネル49(および/或いは隣接した他のパネル)に対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら2枚のパネル47、49は、爆轟の危険を有し、爆轟からの損傷を非常に受け易い長くて平らであるにも関わらず支持されていない面を形成している。これら複数の延長された部材88の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
The reinforcing
補強パネル90は、開口94、複数の取付孔96、および複数の延長された部材98を直交するようにクロスさせたグリッドを伴う取り付け部分(すなわち、外側取り付けフレーム)92を有する。この補強パネル90は、複数の延長された部材98を直交するようにクロスさせたグリッドを有し、このグリッドが、例えば、ダクト部分50の外辺部を囲む4つ全てのパネル51および/或いはエコノマイザー部分52の外辺部を囲む複数枚のパネルに対する爆轟耐性を与えるように方向付けされるように、その取り付け方向が決められる。これら複数枚のパネルは、爆轟の危険を有し、爆轟からの損傷を受け易い支持されていない面を有する。これら複数の延長された部材98の形状や数は、内部補強部材の要求強度、およびダクト構造内のこの位置で流路を通る流体に要求される流れに基づいて決められる。
The reinforcing
本願発明は、ダクト構造に対して爆轟損傷耐性を与えるための方法および構造を提供し、この発明の1実施形態は、ダクト構造内の爆轟によってパネルに生じる損傷を大幅に減少させるため、ダクト構造の複数枚のダクトパネルを互いに連結する内側補強部材或いは支持部材を提供する。爆轟がダクトの両側に異なる方向の力を与えることから、変形を防止するのに十分に強くダクトの壁に十分に良く取り付けられた内側補強部材は、この補強部材の周りの壁に対する損傷を無くす。1つ或いはそれ以上の内側補強部材は、ダクト構造システム全体を通した損傷を無くすことができる。また、ダクト構造を通って伝達される爆轟によって引き起こされた圧力波を減衰させるため、複合補強部材が使用可能である。上記の補強部材は、図1および図2に示された補強パネルにおける1枚の金属シートから形成可能である。この補強部材は、適切な開口を形成するため打ち抜き或いは切断可能であり、ダクト構造の内部にある流路を通った十分な流体の流れを許容する。他の変形として、内側補強部材は、単に金属片や金属ロッドにすることができ、或いはダクトの両側を互いに連結可能な他の同様な構造或いは材料とすることができる。好ましい実施例において、この補強部材は、ダクト構造のフランジ付ジョイントに容易に取り付けられる一方で、ダクトを一体的に補強する一片の金属シートである。本願発明は、米国特許No.6,957,695のような曲げ易いダクト構造の殻を有する反応容器で使用することが特に有益である。また、本願発明は、バッフルと共にダクト構造に対して爆轟耐性を与えるため、補強部材が、内部のバッフルに取り付けられ或いはバッフルの構造内へ組み込み可能となることを許容する。本願発明は、米国特許No.7,117,934のように、熱膨張の逆効果を小さくするようデザインされたバッフルを伴う反応容器で使用することが特に有益である。 The present invention provides a method and structure for imparting detonation damage resistance to a duct structure, and one embodiment of the present invention greatly reduces the damage caused to the panel by detonation in the duct structure, Provided is an inner reinforcing member or a supporting member for connecting a plurality of duct panels having a duct structure. Because the detonation exerts forces in different directions on both sides of the duct, the inner reinforcement member that is strong enough to prevent deformation and attached well to the wall of the duct will cause damage to the wall around this reinforcement member. lose. One or more inner reinforcement members can eliminate damage throughout the duct structure system. A composite reinforcement member can also be used to attenuate pressure waves caused by detonations transmitted through the duct structure. The reinforcing member can be formed from one metal sheet in the reinforcing panel shown in FIGS. This stiffening member can be stamped or cut to form a suitable opening, allowing sufficient fluid flow through the channels inside the duct structure. As another variation, the inner reinforcement member can simply be a metal piece or a metal rod, or can be other similar structures or materials that can connect both sides of the duct together. In a preferred embodiment, the reinforcement member is a piece of metal sheet that reinforces the duct integrally while being easily attached to the flanged joint of the duct structure. The present invention relates to US Pat. It is particularly advantageous to use it in a reaction vessel having a duct structure shell that is easy to bend, such as 6,957,695. Further, the present invention allows detonation resistance to the duct structure together with the baffle, so that the reinforcing member can be attached to the internal baffle or can be incorporated into the structure of the baffle. The present invention relates to US Pat. It is particularly beneficial to use in reaction vessels with baffles designed to reduce the adverse effects of thermal expansion, such as 7,117,934.
ダクト構造の形状に基づいて、異なる壁パネルを互いに連結またはリンクするように、種々の構造の内側補強部材を設けることができる。例えば、矩形のダクトにおいて、図1(a)〜図1(c)に示された補強パネルの複数の延長された部材は、側部14、15を取り付けるダクト構造の長い壁に連結およびリンクするが、補強無しで爆轟に抵抗する十分に強いダクト構造の短い壁にはつながない。正方形のダクトにおいて、ダクトの外辺部にある全ての壁を互いに連結するため、複数の延長された部材の“プラス”形、或いはグリッド形状のパターンが使用可能である。代りに、円形、楕円形、或いは多角形の複数の孔を有するグリッドを使用可能である。
Based on the shape of the duct structure, various structural inner reinforcement members can be provided to connect or link different wall panels together. For example, in a rectangular duct, the plurality of extended members of the reinforcing panel shown in FIGS. 1 (a) -1 (c) connect and link to the long wall of the duct structure that attaches the
図3Aは、各部位において矩形の断面形状を有する流路内に複数の補強パネルを設けたダクト構造システムを有する本願発明の1実施例の断面概略図を示す。図3Aの実施例において、バッフルと共にダクト構造に爆轟耐性を与えるため、複数の内側補強部材、すなわち複数の補強パネル110が内側のバッフル120に取り付けられ、或いはバッフルの構造内へ組み込まれている。図3Aにおける内側補強部材110は、そのダクト構造内における位置を示すため、破線を用いて概略的に示してある。これら補強部材110は、図4に示すバッフルや補強パネルと同様の一体的な形を有するように設けることができ、或いは、あらゆる他の方法によって、内側バッフルやダクト構造の壁に取り付け可能である。図3Aの複数の矢印は、ダクト構造の流路を通る流体の流れを示し、破線部分の矢印は、流体を流すための図示しない外付けパイプを示す。
FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of one embodiment of the present invention having a duct structure system in which a plurality of reinforcing panels are provided in a flow path having a rectangular cross-sectional shape at each portion. In the embodiment of FIG. 3A, a plurality of inner reinforcement members, i.e., a plurality of
図3Bは、本願発明の第2の形態を組み込むダクト構造システムを有する本願発明の実施例の断面概略図を示す。図3Aに示す実施例の内側補強部材110を使用するより、図3Bに示された発明の第2の形態は、その内部に起こる爆轟からの損傷を防止するよう形成された複数のダクトパネルを有するダクト構造システムを提供する。(この発明の2つの形態は個々に使用可能であり、或いは図4および以下の説明にあるような最大の爆轟損傷耐性のため組み合わせて使用可能である。)
この発明の第2の形態は、爆轟の間に最も損傷を受け易い領域内で長く真っ直ぐに延びた形状の部分を避けるような複数のダクトパネルや複数の壁の提供を含む。これに対し、図3Aのダクト構造は、図示のように不所望な真っ直ぐな側面を有することから、第2の形態のような特徴を有していない。また、図2のダクト構造も、図示のように不所望な真っ直ぐな側面と内部を通る真っ直ぐな流路を有することから、このような特徴を有していないことが分かる。真っ直ぐな通路を無くすことは、個々の壁を強くして、ダクトを通って伝わる爆轟を緩衝する。本願発明の第2の形態のように、複数の小さな側面を用いることによって、すなわちアコーディオンスタイルの断面を用いることによって、爆轟によって生じた圧力に晒される支持されていないダクト壁の部分の長さを減少させる。事実、半球状のダクト部分の理想に近付く或いは効果的に達成する複数の半球状の部位や小面にされた部位の使用は、ダクト部分に作用する爆轟からの圧力が、真っ直ぐな側面の接合部のようにダクト構造内の特定部位に不都合に集中するより、そのダクト部分自体によって均一に分配されまたは抵抗されることを許容する。
FIG. 3B shows a cross-sectional schematic view of an embodiment of the present invention having a duct structure system incorporating the second aspect of the present invention. Rather than using the
The second aspect of the invention involves the provision of a plurality of duct panels and a plurality of walls that avoid long and straight sections in the most susceptible area during detonation. On the other hand, the duct structure of FIG. 3A has undesired straight side surfaces as shown in the figure, and therefore does not have the characteristics as in the second embodiment. Further, the duct structure shown in FIG. 2 has an undesired straight side surface and a straight flow path passing through the inside as shown in the figure, so that it can be understood that the duct structure does not have such a feature. Eliminating straight passages strengthens individual walls and cushions detonations traveling through the ducts. The length of the part of the unsupported duct wall that is exposed to the pressure created by the detonation by using a plurality of small sides, i.e. by using an accordion style cross section, as in the second embodiment of the present invention. Decrease. In fact, the use of multiple hemispherical or faceted parts that approaches or effectively achieves the ideal of a hemispherical duct part allows the pressure from the detonation acting on the duct part to be Rather than being concentrated undesirably at a specific location within the duct structure, such as a joint, it allows it to be uniformly distributed or resisted by the duct portion itself.
図3Bは、本願発明の第2の形態によるジグザグ形状の流路を有するダクト構造システム200の断面概略図を示す。図3Bの複数の矢印は、ダクト構造の流路を通る流体の流れを示し、複数の破線部分の矢印は、流体を流すための図示しない外付けパイプを示す。ダクト構造の複数の側面は、複数の傾斜された壁部分210を用いて小面にされている。また、本発明のこの実施形態が、単に、その他すべてのバッフル220での細い幅および各バッフルの間における広い幅を伴うダクトを提供することによって、アコーディオン形状の断面と共に提供されたダクト構造に代りに実施できることが分かる。さらに、本発明のこの実施形態が、複数のバッフルを持たないジグザグ或いはアコーディオン形状を有するダクト構造で代りに実施できることが分かる。
FIG. 3B shows a schematic cross-sectional view of a
さらに、本願発明の第2の形態は、単一の金属ピース230を用いることによって、連結部を効果的に無くすこともできる。この単一の金属ピース230は、第1のバッフル部分232、第1のダクト壁部分234、および第2のダクト壁部分236を有する。この第1のダクト壁部分234は、第1のバッフル部分232および第2のバッフル(第1のバッフル部分232に隣接している)に隣接している。第2のダクト壁部分236は、第2のバッフルおよび第3のバッフル(第2のバッフルに隣接している)に隣接している。1つのバッフルと1つ或いはそれ以上のダクト壁部分を同じ材料で一体に形成することで、それらの間の連結部を無くすことにより、ダクト構造システムの損傷耐性がより高くなる。効果的には、この実施形態は、曲げ易いダクト構造システムを形成するために使用される個々のダクト部材の数も減少する。さらに効果的には、この実施形態は、連結部(2つの隣接したダクト壁部分の間に各バッフルを挟むため、ダクト構造内の断続的なパスそれぞれの上側および下側で今まで必要とされていた)の数を減らす。これら連結部は、一般に、ダクト構造に硬さを与え、熱い動作環境の元でダクト構造を曲げられることを不都合に減少する。従って、連結部の数の減少は、ダクト構造を曲げること、およびダクト構造内のストレスを減らすことを許容する。また、この実施形態で設けられた複数の連結部は、90°の角度でダクト壁のエッジから形成されるより、むしろ連結部および/或いはダクト構造を簡単に曲げることを許容する非直交角度で形成され、それにより、例えば、図2および図3Aに示すように、多角形のダクト構造で使用された連結部の3軸の硬さや拘束力を無くす。従って、装置の動作中に、管の列がダクト構造自体と比較して軸方向に膨張或いは収縮すると、図3に示した実施例の複数の連結部や複数のダクト壁は、管の列の寸法の変化を補償するため簡単に曲げることができる。従って、この実施形態は、ダクト構造の曲げ易さの度合いを維持或いは増加する一方で、ストレスレベルを減少する。
Furthermore, the 2nd form of this invention can also eliminate a connection part effectively by using the
曲げられた管状熱交換器を囲むダクト構造(上述した図3Bの示した)のため、ダクトパネルの形成に用いた材料は、バッフルを一体に形成するのに使用することもできる。このバッフルは、図3Bに示すような管状熱交換器の固い管束へダクト構造の壁をリンクする。このような構造において、爆轟がダクト構造に生じる殆どの損傷は、ダクトの複数の小面に丸みを付けることである。 Because of the duct structure surrounding the bent tubular heat exchanger (shown in FIG. 3B above), the material used to form the duct panel can also be used to integrally form the baffle. This baffle links the duct structure walls to the solid tube bundle of the tubular heat exchanger as shown in FIG. 3B. In such a structure, the most damage that detonation causes to the duct structure is to round the facets of the duct.
図4は、ダクト構造システム300を含む本願発明のさらなる代わりの実施形態の部分拡大概略図(内部構造を露出するためフロントおよびリアパネルを取り除いた状態)を示す。このダクト構造システム300は、複数の補強パネルを組み合わせたジグザグ形状の流路を有する。図4に示した実施形態は、本願発明の第1および第2の実施形態を組み合わせている。図4における複数の矢印は、図示したダクト構造の部分の流路への流体の流入および流路からの流出を示す。
FIG. 4 shows a partially enlarged schematic view of a further alternative embodiment of the present invention including a duct structure system 300 (with the front and rear panels removed to expose the internal structure). The
図4に示した実施形態は、互いに組み合わせて使用されたダクトパネルの2つの形状を含む。複数のダクトパネル310は、主ダクト部分312、管状熱交換器340の複数の管342を受け入れて挿通する複数の孔315を有するバッフル部分314、および終端319を有する端部318を含んで提供される。また、複数のダクトパネル320は、主ダクト部分321、終端323を有する端部322、管状熱交換器340の複数の管342を受け入れて挿通する複数の孔325を有するバッフル部分324、補強部分326、および終端330を有する端部329を含んで提供される。補強部分326は、内側補強部材として機能し、複数の開口328および複数の延長された部材327を有する取り付けフレーム326を含む。
The embodiment shown in FIG. 4 includes two shapes of duct panels used in combination with each other. A plurality of
複数のバッフル部分314および324は、ダクト構造300の壁を管状熱交換器340の固い管束へ連結する。
A plurality of
互いに隣接した端部318、322および/或いは329は、例えば、そこに設けられた複数の取付孔(図示せず)およびボルトおよびナットを含む固定具を用いて連結される。さらに加えて或いは代りに、互いに隣接した終端319、323および/或いは330が、それらの間にさらなる機械的な接続を与えるように互いに溶接されても良い。互いに隣接した複数の主ダクト部分は、ダクトの小さくされた外面形状を提供するため、それらがゼロではない角度で向き合うように設けられる。この方法で形成された連結部分は、ダクトに対する重大な(或いはいかなる)損傷を生じることなく、ダクト内の爆轟によって引き起こされた力を抵抗および吸収可能な強いダクトを提供する一方で、重大なストレスが無い状態で管状熱交換器340の軸に沿った方向へ変形できるダクト構造300を提供する。
Adjacent ends 318, 322 and / or 329 are coupled using, for example, a plurality of mounting holes (not shown) provided therein and a fixture including bolts and nuts. Additionally or alternatively,
図5A〜図5C、図6A、および図6Bは、本願発明の第2の実施形態を組み込んだダクト構造システムを有する本願発明のさらなる実施例の図を示す。この実施例は内側補強部材を有するように図示されていないが、このような内側補強部材は、構造をさらに完全にするように、この実施例で使用可能である。図5A〜図5C、図6A、および図6Bに図示したダクト構造システム400は、その中の爆轟からの損傷に耐えるように形成された複数のダクトパネルを有し、バーナー組立体440に接続されるよう図示されている。内側の熱交換器の複数本のチューブは、図示されていないが、この発明の殆どの実施例で存在する。
FIGS. 5A-5C, 6A, and 6B show diagrams of further examples of the present invention having a duct structure system incorporating a second embodiment of the present invention. Although this embodiment is not shown as having an inner reinforcing member, such an inner reinforcing member can be used in this embodiment to further complete the structure. The
このダクト構造システム400は、本願発明の第2の実施形態に係るS字形を繰り返した流路を有する。このダクト構造の複数の側面は、小面にされた或いはカーブされた壁部分410を用いて形成されている。この壁部分410は、バッフル420の開放側の端部を囲むように延びた半球状にカーブされた部分である。各壁部分410は、隣接した壁部分の上側部分414に隣接する下側部分412を有することができ、隣接する壁部分が連結部416で連結可能である。
This
このダクト構造システム400は、上述した壁部分410および隣接した複数のパネルに連結されたフロントおよびリアパネル430を有する。これらパネル430は、フランジを形成するため外側に曲がった2つのフロントエッジ432を有する。各パネルの複数のエッジ432は、隣接したパネルの隣接したエッジに連結される。また、これらパネル430は、対応する隣接した壁部分へ連結されるフランジを形成するため外側に曲がった小面にされ或いは曲げられた外側エッジ434も有する。
The
本願発明のダクト構造システムは、内部圧力耐性およびサイクル寿命を改良する。ダクト構造システム400は、壁を薄くされたシリンダーのストレス状態に近付けることによって、圧力負荷をアシストするアーチ形の壁に近付くことを提供する多角形の側面、フロント、およびリアパネルを有する。各通路のための複数の側面パネルおよびバッフルは、金属シートを切断および曲げた2つ或いは3つの個別のピースで形成されている。各バッフルは、最終組立体への溶接アクセスを容易にするため、上方のパスおよび下方のパスで複数の側面パネルへ溶接可能である。上述したアーチ形のフロントおよびリアパネル部分は、その中心線に沿ってバッフルに栓溶接(rosette welded)が可能であり、その外辺部にあるフランジのエッジに沿った溶接によって互いに連結される。
The duct structure system of the present invention improves internal pressure tolerance and cycle life.
この反応炉システムは、異なる材料を用いたため、および、反応炉の最初のパスにおけるバーナーの入口と、その出口を介してスーパーヒーターへガスが流れる反応炉の最後のパスと、の間の大きな温度差、およびダクト構造の平均の金属温度と、熱交換器チューブの平均の金属温度と、の間の大きな温度差のため、熱膨張する。各パスの複数のパネルは、各パスの要求強度、および各パスにおける熱および/或いはさびの状態に基づいて、ダクト構造システムの長手方向に沿って異なる材料で形成することができる。 The reactor system used different materials and the large temperature between the burner inlet in the first pass of the reactor and the last pass of the reactor through which gas flows to the superheater Thermal expansion occurs due to the difference and the large temperature difference between the average metal temperature of the duct structure and the average metal temperature of the heat exchanger tube. The panels of each pass can be formed of different materials along the length of the duct structure system based on the required strength of each pass and the heat and / or rust conditions in each pass.
図3に示した矩形のダクト構造と比較して、例えば、上述したダクトシステム400は、局所的なストレス集中がなく、むしろストレスを分散する。事実、0.7psiの通常の動作環境下でダクト構造内で引き起こされたストレスによる圧力負荷はごくわずかであり、150psiの爆轟圧力下でダクト構造システム400が矩形ダクト構造の約半分の大きさの最大誘導ストレスを見せることが、計算結果によって示されている。
Compared to the rectangular duct structure shown in FIG. 3, for example, the
ここで図示および説明された実施例は、本願発明の好適な実施例を示し、いずれにしても特許請求の範囲を限定するものではない。上述した教えに照らして本願発明の多くの修正や変更が可能である。それゆえに、書き添えられた請求項の範囲内で、この発明は、ここで明確に開示されたものとは別の方法で実施される。 The embodiments shown and described herein are preferred embodiments of the present invention and are not intended to limit the scope of the claims in any way. Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. Therefore, within the scope of the appended claims, the present invention will be practiced otherwise than as specifically disclosed herein.
Claims (46)
第1の端部および第2の端部を有し、上記第1の端部が上記複数のダクトパネルのうち第1のダクトパネルに取り付けられ、上記第2の端部が上記複数のダクトパネルのうち第2のダクトパネルに取り付けられ、上記流路を横切って延びた、延長された部材と、
を有するダクト構造システム。 A duct having a plurality of duct panels coupled together to define a flow path extending through the duct;
A first end portion and a second end portion, wherein the first end portion is attached to the first duct panel among the plurality of duct panels, and the second end portion is the plurality of duct panels. An extended member attached to the second duct panel and extending across the flow path;
A duct structure system.
上記延長された部材の上記第1の端部が、上記バッフルの上記第2の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第1のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第1の端部の連結部を与える請求項18に記載のダクト構造システム。 A baffle having a first end attached to the first duct panel and a second end extending into the flow path;
The first end of the extended member is attached to the second end of the baffle, thereby allowing the extended member to pass through the baffle to the first duct panel. 19. A duct structure system according to claim 18, which provides a connection for the first end.
このダクトは、ダクト内の爆轟によってダクトに引き起こされたダメージに抵抗する手段を含むダクト構造システム。 Having a duct having a plurality of duct panels coupled together to define a flow path extending through the duct;
This duct is a duct structure system that includes means to resist damage caused to the duct by detonation in the duct.
上記延長された部材の上記第1の端部は、上記バッフルの上記第2の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第1のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第1の端部の連結部を与える請求項38に記載のダクト構造システム。 A baffle having a first end attached to the first duct panel and a second end extending into the flow path;
The first end of the extended member is attached to the second end of the baffle, thereby allowing the extended member to pass through the baffle to the first duct panel. 40. The duct structure system of claim 38, providing a connection for the first end.
上記延長された部材の上記第1の端部は、上記バッフルの上記第2の端部に取り付けられ、それにより、上記バッフルを介して、上記第1のダクトパネルへ、上記延長された部材の上記第1の端部の連結部を与える請求項40に記載のダクト構造システム。 A baffle having a first end attached to the first duct panel and a second end extending into the flow path;
The first end of the extended member is attached to the second end of the baffle, thereby allowing the extended member to pass through the baffle to the first duct panel. 41. The duct structure system of claim 40, wherein the duct structure system provides a connection for the first end.
上記ダクトの長軸に沿って、少なくとも1つの曲げられた側面、或いは少なくとも1つの小面にされた側面を与える工程を有する方法。 A method of providing detonation damage resistance to a duct having a plurality of duct panels connected together to define a flow path extending through the duct, comprising:
Providing at least one bent side or at least one faceted side along the longitudinal axis of the duct.
上記ダクトの少なくとも2つの側面を互いにつなぐように、上記ダクト内に上記流路を横切って延びる内側補強部材を与える工程を有する方法。 A method of providing detonation damage resistance to a duct having a plurality of duct panels connected together to define a flow path extending through the duct, comprising:
Providing an inner reinforcing member extending across the flow path in the duct so as to connect at least two sides of the duct to each other.
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